Нам еще далеко до уровня США, где, по оценкам экспертов, потребление ЦОД и серверных систем превысило 3% суммарных годовых энергозатрат страны. Однако рост тарифов, высокая стоимость подключения к электросетям, а также отсутствие во многих случаях свободных мощностей являются факторами, стимулирующими внедрение продуктов и технологий, способствующих снижению энергопотребления ЦОД.
Существуют различные методики оценок распределения потребления электроэнергии в центрах обработки данных, но все они свидетельствуют о весьма значительных затратах, которые приходятся на ИТ-оборудование. В APC by Schneider Electric их оценивают в 30%, специалисты Intel – в 40%. По данным компании «Крок», на основные ИТ-процессы типового ЦОД расходуется почти 60% потребляемой электроэнергии. В Amazon считают, что только на серверное оборудование компании приходится около 57% операционных затрат, большая часть которых связана с энергоснабжением.
Уменьшению потребления электроэнергии ИТ-систем способствует постоянное совершенствование их основных компонентов — процессоров, модулей памяти, источников питания. Неоспоримые преимущества в этой области имеет технология виртуализации всех составляющих ИТ-инфраструктуры ЦОД.
Виртуализация серверов, к примеру позволяющая увеличить уровень их полезной загрузки до 80%, приводит к значительному уменьшению используемых физических систем. Согласно опубликованным данным, при внедрении технологий виртуализации суммарная стоимость владения вычислительной инфраструктурой уменьшается почти на три четверти.
В то же время виртуализация и облачные технологии приводят, как правило, к большей востребованности услуг и ресурсов ЦОД, что в свою очередь стимулирует рост числа серверов и связанных с этим энергозатрат. Компаниям, выпускающим ИТ-оборудование, приходится заботиться и о росте производительности, и об одновременном снижении энергопотребления своей продукции. Мы обратились к представителям компаний-производителей, которые рассказали об энергоэффективных решениях и ситуации с их востребованностью в нашей стране.
Серверы
«Все технологии энергосбережения одинаково важны, и мы учитываем их в разработке проектных и готовых решений. Заказчиков интересует экономия расходов в целом, а не то, за счет каких компонентов она получена. Поэтому целесообразно применять сочетание технологий, которое существенно не повышает стоимость оборудования»,- считает Виктор Урусов, вице-президент Depo Computers.
Снижению потребления электроэнергии способствуют использование возможностей новейших процессорных технологий, оптимизация источников питания, систем охлаждения, жестких дисков.
Производители процессоров постоянно совершенствуют свои продукты. В Intel, к примеру, наращивают производительность многоядерных процессоров, включая ее показатели, отнесенные к единице потребляемой мощности, внедряют встроенные технологии динамического управления питанием и производительностью, средства аппаратной поддержки виртуализации. Все это обеспечивает в том числе повышение их энергоэффективности. Еще один пример — управление энергопотреблением ядер процессора, реализованное в чипах IBM Power.
Компании, выпускающие серверы, максимально используют в выпускаемых платформах функциональные возможности новых чипов. Они переходят также к системам на основе менее энергоемких процессоров, выполненных, в частности, на базе архитектуры ARM, позволяющих добиться почти 80-процентного снижения энергопотребления в расчете на единицу производительности, что весьма ощутимо в крупных ЦОД.
Марат Галиев, менеджер HP по развитию продаж в России систем хранения данных, отмечает средства мониторинга энергопотребления и управления этим показателем, которых все больше появляется в портфелях предложений производителей. Это не только модули, встраиваемые в серверы и СХД, в том числе способные отключать часть процессорных мощностей в периоды низкой загрузки системы, но и устанавливаемые в стойки интеллектуальные устройства распределения электропитания.
«Все наши системы, включая серверы и системы хранения данных, оборудованы средствами управления питанием», — подчеркивает Антон Банчуков, менеджер по корпоративным продуктам Dell.
В лезвийных серверах, которые все шире используются в ЦОД, осуществляется распределение нагрузки между источниками питания, размещенными в шасси: часть из них загружается практически полностью и работает с максимальным КПД, а остальные находятся в режиме ожидания.
Предусмотрена также возможность ограничения бюджета энергопотребления вычислительных систем и выделения критически важных узлов, которые могут работать с полной нагрузкой. Для узлов, поддерживающих менее ответственные задачи, включая файловые сервисы или резервное копирование, в часы пиковых нагрузок применяются технологии троттлинга, снижающие частоту работы памяти и процессора.
Не менее важным фактором, чем прямое снижение энергозатрат ИТ-оборудования, является возможность его работы в условиях повышенной температуры воздуха в машинном зале. Увеличение верхней границы диапазона рабочей температуры позволяет снизить расходы на отвод тепла ИТ-систем и уменьшить нагрузку на комплексы охлаждения.
Разработанная в Dell технология FreshAir обеспечивает работоспособность продуктов компании при повышении температуры окружающего воздуха в ограниченных временных интервалах до 45 °С. Эта технология основана на модернизации конструктивных решений, структуры прошивок, оптимизации алгоритмов работы.
В Depo Computers, поясняет Урусов, уже сегодня готовы применять в проектах серверы и коммутаторы для ЦОД в высокотемпературном исполнении. «По стоимости такие решения сравнимы с обычными серверами и коммутаторами. В то же время подсистему ядра локальной сети ЦОД и SAN необходимо по-прежнему эксплуатировать в помещениях, где температура поддерживается на уровне 20 °С.
С пециалисты Depo считают, что с учетом совокупной стоимости владения серверами вполне оправданно использование таких технологий и решений мониторинга и управления, как Intel Intelligent Power Node Manager, благодаря чему можно намного снизить расходы на электроэнергию при неравномерной загрузке ЦОД, разница в которой особенно заметна в дневное и ночное время.
В Dell совместно с Intel разработано ПО OpenManage Power Center, позволяющее управлять бюджетом энергопотребления лезвийных шасси, стоек и ЦОД. В IBM создали ПО Systems Director Active Energy Manager (AEM), предоставляющее возможность осуществлять мониторинг расхода электроэнергии, ограничивать ее потребление в многоплатформенных средах корпоративных ЦОД. «AEM позволяет не только изменять тактовую частоту процессоров, но и осуществлять управление их энергопотреблением из единой консоли на базе установленных политик», — пояснил Алексей Перевозчиков, менеджер IBM в России и СНГ по серверам Power.
Системы хранения данных
Объемы информационных активов предприятий постоянно растут, увеличивается и емкость СХД, обеспечивающая хранение данных. Поэтому снижение затрат на электропитание и охлаждение СХД становится вполне актуальной задачей для многих компаний.
Основные возможности энергосбережения СХД связаны с технологическими усовершенствованиями, применяемыми для их создания, и способами оптимизации использования информационной емкости этих систем.
В широко распространенных в ЦОД дисковых массивах основными потребителями электроэнергии являются приводы дисковых накопителей. Поэтому разработчики СХД уделяют особое внимание возможности сокращения числа накопителей, использованию их энергоэффективных модификаций, применению технологий снижения скорости вращения шпинделей. Наряду с этим оказываются весьма востребованными, в том числе с позиций экономии электроэнергии, такие технологии, повышающие эффективность утилизации дискового пространства, как виртуализация, дедупликация, динамическое выделение ресурсов.
В HP, к примеру, акцентируют внимание на технологии динамического выделения ресурсов в сочетании с дисковыми массивами RAID 5 и 6. «Эти технологии позволяют примерно вдвое сократить дисковую емкость, причем практически без замедления скорости работы, за счет специализированных микросхем, которые разгружают центральный процессор системы хранения», — подчеркнул Алексей Поляков, менеджер НР в России по коммерческим системам хранения данных.
Равиль Сафиуллин, менеджер IBM по продажам в России и СНГ систем хранения данных, назвал среди технологий и решений, используемых в дисковых массивах IBM, следующие: применение компонентов с малым энергопотреблением; автоматическое размещение информации на накопителях различных типов в зависимости от частоты обращений и быстродействия доступа к данным; сокращение аппаратных ресурсов СХД за счет алгоритмов предсказательной выборки данных из кэш-памяти и ряд других.
Требования к физической емкости СХД, используемых в ЦОД, снижаются за счет применения технологии онлайновой компрессии, интегрированной в дисковые и ленточные накопители. Выход на рынок ленточных накопителей стандарта LTO6, полагают в IBM, заметно укрепляет позиции ленточных библиотек, низкое энергопотребление которых всегда было одним из их традиционных преимуществ. В сочетании с файловой системой Linear Tape File System Library Edition ленточные накопители могут использоваться вместо обычных дисков.
Архитектура дисковых систем претерпевает изменения, связанные с внедрением твердотельных накопителей, применение которых способствует уменьшению числа энергоемких жестких дисков. В Depo Computers считают, что в настоящее время объемы SSD в ЦОД примерно соответствуют потребности размещения горячих данных и составляют 5-10% дисковой емкости. Поэтому еще рано говорить о серьезной экономии в результате применения этого типа носителей. По мнению Александра Фильченкова, менеджера по серверам и СХД компании Kraftway, перспективы экономии электроэнергии вследствие внедрения SSD пока весьма незначительны из-за их высокой стоимости в пересчете на единицу объема хранимых данных.
Тем не менее основные игроки рынка систем хранения данных намерены расширять применение твердотельных технологий, а также переходить к выпуску устройств с полной заменой жестких дисков на SSD. «Ожидается, что энергопотребление устройств хранения нового поколения сократится или останется на прежнем уровне при значительном росте производительности и расширении функциональных возможностей», — резюмирует Сафиуллин.
Сетевое оборудование
Потребление электроэнергии сетевой инфраструктурой центров обработки данных формировало до недавнего времени небольшую часть суммарных затрат ИТ-системы. Однако создание крупных ЦОД и внедрение «коммутационных фабрик» заставляет задуматься и об энергоэффективности сетевого оборудования, о его вкладе в баланс операционных расходов.
«Значительная часть технических решений в ЦОД, в том числе в оборудовании сетевой инфраструктуры, так или иначе направлена на повышение энергоэффективности», — считает Александр Скороходов, системный инженер-консультант Cisco.
К таким решениям относится консолидация ввода-вывода с применением технологии Fibre Channel over Ethernet, которая позволяет сократить число используемых сетевых устройств, адаптеров и трансиверов, что приводит к снижению суммарного энергопотребления.
Наряду с этим переход на более производительные подключения 10G и 40G с сокращением суммарного их числа позволяет уменьшить число портов и трансиверов, что также снижает энергозатраты и сокращает число кабелей, улучшая условия охлаждения оборудования.
Число используемых в сетевой инфраструктуре физических устройств может быть уменьшено путем их разделения на полностью независимые изолированные логические устройства. Это достигается поддержкой внутренней виртуализации оборудования в таких коммутаторах, как Nexus 7000.
Наиболее распространенными в современных виртуализованных ЦОД являются 10-гигабитные каналы передачи данных, для формирования которых используются «медные» и «оптические» технологии.
Оптические трансиверы SFP+ обеспечивают сравнительно небольшое энергопотребление, обычно в пределах одного ватта, поясняет Скороходов. При использовании специализированных медных твинаксиальных кабелей небольшой длины потребление оценивается долями ватта. Передача трафика 10G Ethernet по «витой паре» (10GBASE-T) требует намного большей мощности, которая, хотя и снижается с каждым новым поколением микросхем, остается достаточно высокой и составляет около 3 Вт на порт, что является одной из насущных проблем данной технологии. Несмотря на это, интерес к 10GBASE-T очень велик, поскольку эта технология позволяет использовать традиционные СКС и обеспечить длину соединений, достигающую 100 м.
Снизить энергопотребление при использовании 10GBASE-T можно с помощью технологии Energy Efficient Ethernet, регламентируемой стандартом IEEE 802.3az. «Данная технология позволяет уменьшать энергопотребление интерфейсов Ethernet в неактивном состоянии и способна сэкономить до половины электроэнергии, потребляемой в сетевых устройствах ЦОД», — отметил Алексей Шалагинов, директор по решениям российского подразделения Huawei Enterprise. В настоящее время Energy Efficient Ethernet используется многими производителями сетевых продуктов.
Запросы российского рынка
Насколько востребованы сегодня энергоэффективные технологии в ИТ-системах российских ЦОД? В IBM выделяют три группы операторов или владельцев центров обработки данных по их отношению к энергоэффективности.
Наиболее заинтересованны в экономии электроэнергии организации, уже построившие ЦОД для собственных нужд, доступ к новым мощностям в которых, как правило, ограничен.
Вторую группу составляют компании, которые планируют построить ЦОД. В таких организациях только начинают присматриваться к энергоэффективным решениям, так как создают свои центры в основном в тех местах, где нет ограничений в энергоресурсах.
Есть также операторы коммерческих ЦОД. Они работают на новом для нашей страны рынке и заинтересованы в скорейшем его завоевании при минимальных инвестициях. Вопрос закупки энергоэффективных решений станет для них действительно актуальным, когда здесь начнется жесткая конкуренция.
Уже сегодня заинтересованы в уменьшении энергозатрат телекоммуникационные компании, поставщики ИТ-услуг и системные интеграторы, столкнувшиеся с ростом энергопотребления в крупных облачных ЦОД, полагают в Dell, отмечая также интерес к энергосбережению SMB-организаций, которые ограничены в подводе электроэнергии.
Опыт Depo Computers свидетельствует о том, что большинство заказчиков на начальном этапе построения или модернизации ИТ-инфраструктуры ориентируются не на энергоэффективность оборудования, а на его стоимость. В то же время в этой компании отмечают все более отчетливый интерес к технологиям энергосбережения.
По мнению специалистов Juniper Networks, в ближайшие годы появится реальная возможность оценить динамику спроса на оборудование в зависимости от параметров его энергопотребления.